[IoT] ZigBee에 대해서

오늘은 IoT 통신 방법중에 ZigBee(지그비)에 대해서 적어보려고 한다.
대학교 다닐때 프로젝트로 태권도 호구를 만들기 위해 처음 ZigBee 통신 방법에 대해 접해 보았었고, 그 당시에는 ZigBee 디바이스가 많지 않아서 상당히 비싼 디바이스를 사용했던 기억이 있다.
최근에는 IoT가 대중화 되면서 ZigBee 디바이스의 가격이 상당히 낮아졌고 스마트 홈을 위해 구매해볼만 하다고 생각한다.

1. ZigBee 통신은 무엇인가?

간단히 말하자면 표준화가 잘 된 무선통신이라고 할 수 있다.
복잡하게 말하자면 IEEE 802.15.4 표준의 PHY와 MAC을 사용하고 그 위에 NWK, APS를 올리고 ZCL, ZDO 레이어를 통해 정의된 데이터를 주고 받는 통신이라고 할 수 있다.
물론 이렇게 적으면 무슨 소리야? 할 것 같아서 장점과 단점 그리고 특징에 대해 빠르게 설명해 보겠다.

2. ZigBee 장점

- 가격이 싸다.
- 각 Application별로 기능 정의와 표준화가 잘 되어 있어 ZigBee를 지원하는 기기라면 ZigBee network에 붙을 수 있다.
- 소비전력이 낮아 코인 배터리로도 오랜 시간 동작할 수 있다. (Sleep mode지원하는 End device 경우 1코인 배터리로 약 1년 이상 사용 가능)
-  Network hopping 방식이 잘 구현되어 있어 flood fill 방식을 적용하는 ble mesh나 wifi에 비해 통신망이 비교적 쾌적하다. (일부 ble mesh나 wifi는 ZigBee와 같이 에드혹(adhoc) 방식을 적용하긴 한다)

3. ZigBee의 단점

- 느리다. 저전력이 우선이기 때문에 통신속도가 느리다. 그래서 ZigBee로는 오디오 전송 또는 영상 전송을 하기 어렵다. 이러한 특징으로 ZigBee는 간단한 제어나 센서값 리포팅하는 용도로 많이 사용된다.
- Hub(coordinator)가 반드시 필요하다.
   일반 사용자가 ZigBee를 접하지 못하는 가장 큰 이유가 Hub를 따로 구매해야 되기 때문일 것이다. Hub는 보통 2~10만원 정도로 판매하는 모델마다 큰 차이를 보이는데 개발자인 내가 보기엔 안정성과 연결 디바이스 수를 조금 포기하고 그냥 5천원에 파는게 가장 좋아 보인다.

4. ZigBee 특징

- BLE / WiFi에는 없는 ZigBee만의 특징이 바로 Cluster 개념이다. ZCL(ZigBee cluster library)에 정의된 개념이고 이는 스마트 기기의 각 기능을 미리 정의하여 어떤 ZigBee 디바이스라도 호환되도록 한 것이다.
예를 들어 조명 기기의 경우,
    OnOff cluster
    Level control cluster
    Color control cluster
와 같은 cluster를 Firmware개발시 레지스트하여 사용하면 ZigBee 조명 스위치와 호환되어 정상적으로 동작된다.
- End point 개념
   이 End point개념은 쉽게 설명하면 가상의 디바이스라고 보면 된다. A라는 기기가 조명이고 end point가 0x01하나면 존재하면 물리적 디바이스와 가상의 디바이스가 동일하게 하나로 보여 특징이 없어보일 수 있다.
일반적으로 시장에 나온 기기의 경우 0x01로 end point를 정의하여 많이 사용하고 있고, end point를 2개 이상 사용하는 경우 각 end point는 별도의 기능 집합을 가지게 설정할 수 있다. 즉 ep1은 조명 기능, ep2는 fan기능, ep3은 OTA기능을 따로 정의할 수 있고, 이 경우 가장 큰 장점은 내가 보기엔 완전히 분리된 모듈화 코드로 여러명의 개발자가 따로 작업할 수 있다는 것이다.

ZigBee에 대해 설명할 것이 정말 많지만 글이 길어지면 지루하기 때문에 다음 포스팅에서 따로 다루도록 하겠다.
다른 기능 즉 sensor, fan, 온도계 등을 개발할 때 사용되어야 할 cluster등에 대해 궁금한 점이 있다면 언제든 댓글 달아주면 답변하겠다.